(57)【要約】【課題】  入力信号の入力チャネルあるいは入力信号の中心周波数を変えることにより、所望する周波数間隔を有する２本の線スペクトルからなる光信号を得ることが可能となり、かつ、２つの線スペクトルの光路長差を一定とすることができ、低位相雑音のミリ波光源を提供する。【解決手段】  アレイ導波路格子３の出力チャネル間隔７が光コム発生器２の線スペクトル間隔１０と同一であり、かつ出力チャネル間隔７が異なるアレイ導波路格子３の２つの出力チャネル７が各光カプラ６の入力に接続されていることを解決手段とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の周波数間隔の複数の線スペクトルを発生する光コム発生器と、複数の出力チャネルを有するアレイ導波路格子と、複数の光カプラと、から構成されるミリ波光源において、
前記アレイ導波路格子の前記出力チャネル間隔は前記光コム発生器の前記線スペクトル間隔と同一であり、かつ前記出力チャネル間隔が異なる前記アレイ導波路格子の２つの前記出力チャネルが各前記光カプラの入力に接続されていることを特徴とするミリ波光源。
【請求項２】
前記アレイ導波路格子は、
複数の入力チャネルを有しており、光コム信号を入力する入力チャネルを変えることにより前記光カプラから出力される合波された２本の線スペクトルの周波数間隔を変更可能なことを特徴とする請求項１に記載のミリ波光源。
【請求項３】
前記光コム発生器は、
光コム信号の中心周波数を変えることにより前記光カプラから出力される合波された２本の線スペクトルの周波数間隔を変更可能なことを特徴とする請求項１に記載のミリ波光源。
【請求項４】
前記光コム発生器は、
光コム信号の周波数間隔を前記アレイ導波路格子の前記出力チャネル幅の範囲内で変更することにより、２本の線スペクトルの周波数間隔を任意に設定可能なことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミリ波光源。
【請求項５】
前記アレイ導波路格子と前記光カプラは、
同一平面光波回路上に共に形成され、互いに光導波路によって接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミリ波光源。
【請求項６】
前記同一平面光波回路は、
光信号の偏波保持型の前記光導波路を形成していることを特徴とする請求項５に記載のミリ波光源。
【請求項７】
前記同一平面光波回路は、
前記光カプラにより合波される２つの光コム信号が通る光路長が等しいことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載のミリ波光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数可変の低位相雑音ミリ波帯電磁波発生に用いるミリ波光源を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、電波天文やイメージングの分野において、１００ＧＨｚを超える領域でのミリ波の活用が注目されており、それに伴ってミリ波の発生方法や機器なども注目されている。なかでも特に、広い周波数領域をカバーする周波数可変であり、かつ低ノイズの発生器は、天文観測や分析には必須となっている。
【０００３】
従来における電磁波の発生は全電気的な手法で行われていたが、周波数が１００ＧＨｚ付近になってくると全電気的な手法では電磁波の発生は困難となる。また、ミリ波帯の発信器や逓倍器で使用されている電気回路は共振回路を用いているため、周波数の可変領域は限られている。
【０００４】
そこで、光信号としてミリ波領域の周波数で強度変調している光信号（光ミリ波信号）を発生し、この光ミリ波信号を光電変換することにより電磁波を発生させる手法が検討されている。
【０００５】
簡便な手法としては、第７図に示すように、固定波長光源１００及び可変波長光源１０２の出力の偏波を、それぞれに配置された２つの偏波コントローラ１０１、１０１で合わせた後に光カプラ１０３にて合波する。こうすることによって、可変周波数となる光ミリ波信号を発生することが可能であるが、しかしながら、２つのレーザの同期をとることが困難であるため、位相ノイズが大きく周波数ドリフトも大きくなる。
【０００６】
一方、光コム発生器などの同一の光源から複数の線スペクトルを発生させ、所望する周波数間隔の２つの線スペクトルをＡＷＧ（Arrayed Waveguide Greating;アレイ導波路格子）などの光フィルタを用いて選択した後に、偏波をあわせて合波を行う手法は、比較的位相雑音が小さいミリ波発生手法として注目されている。
【０００７】
しかし従来は、第７図に示すようにＡＷＧと光カプラの間を光ファイバで接続していたため、２つの線スペクトルの間隔を変化させるためには所望する周波数間隔に対応してファイバを差し替えている。
【０００８】
さらにＡＷＧと光カプラの間を光ファイバで接続した場合、温度変化により光ファイバが伸縮すると２つの光信号の光路長差が一定ではなくなる。この結果、合波される２つの光信号の位相差は一定でなくなり、その結果光電変換して得られるミリ波信号の位相は光ファイバの伸縮に応じて変動し、１０ｋＨｚ以下での位相雑音が大きくなっている。
【０００９】
また、長距離光通信で用いられる光信号の波長は１５５０ｎｍ付近である。即ち、波長の１／４に相当する３９０ｎｍのファイバの伸縮で発生するミリ波信号の位相は９０度も変化するが、光ファイバ長の伸縮範囲を１μｍ以下に抑制するのは困難である。そこで、１０ｋＨｚ以下でも低雑音の安定した周波数可変のミリ波光源の開発が期待されている。
【非特許文献１】T. Yamamoto, and S. Kawanishi, "Generation of low-noise optical frequency comb and optical beat signal using phase modulator," in Tech. Dig. JK workshop on microwave and millimeter-wave photonics 2004, pp. 15-19, 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のミリ波光源は、ミリ波信号発生に光コム発生器など同一の光源から複数の線スペクトルを発生させ、所望する周波数間隔の２つの線スペクトルをＡＷＧを用いて選択した後、偏波をあわせて合波を行う手法を用いる際に、２つの線スペクトルの間隔変更が困難であり、
また、光フィルタと光カプラ間の光ファイバが伸縮する結果、１０ｋＨｚ以下での位相雑音が大きくなってしまっていた。
【００１１】
このような課題に鑑み、本発明は、入力信号の入力チャネルあるいは入力信号の中心周波数を変えることにより、所望する周波数間隔を有する２本の線スペクトルからなる光信号を得ることが可能となり、かつ、２つの線スペクトルの光路長差を一定とすることができ、低位相雑音のミリ波光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の本発明は、一定の周波数間隔の複数の線スペクトルを発生する光コム発生器と、複数の出力チャネルを有するアレイ導波路格子と、複数の光カプラと、から構成されるミリ波光源において、前記アレイ導波路格子の前記出力チャネル間隔は前記光コム発生器の前記線スペクトル間隔と同一であり、かつ前記出力チャネル間隔が異なる前記アレイ導波路格子の２つの前記出力チャネルが各前記光カプラの入力に接続されている。
【００１３】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記アレイ導波路格子は、複数の入力チャネルを有しており、光コム信号を入力する入力チャネルを変えることにより前記光カプラから出力される合波された２本の線スペクトルの周波数間隔を変更可能である。
【００１４】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１において、前記光コム発生器は、光コム信号の中心周波数を変えることにより前記光カプラから出力される合波された２本の線スペクトルの周波数間隔を変更可能である。
【００１５】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記光コム発生器は、光コム信号の周波数間隔を前記アレイ導波路格子の前記出力チャネル幅の範囲内で変更することにより、２本の線スペクトルの周波数間隔を任意に設定可能である。
【００１６】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記アレイ導波路格子と前記光カプラは、同一平面光波回路上に共に形成され、互いに光導波路によって接続されている。
【００１７】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項５において、前記同一平面光波回路は、光信号の偏波保持型の前記光導波路を形成している。
【００１８】
また、請求項７に記載の本発明は、請求項５または６のいずれかにおいて、前記同一平面光波回路は、前記光カプラにより合波される２つの光コム信号が通る光路長が等しい。
【００１９】
このような請求項１〜７の本発明においては、一定の周波数間隔の複数の線スペクトルを発生する光コム発生器、アレイ導波路格子および光カプラから構成される光源において、アレイ導波路格子のチャネル間隔と光コム発生器の線スペクトルの間隔は同一であり、かつチャネル間隔が異なるアレイ導波路格子の２つの出力チャネルが光カプラの入力に接続されている結果、アレイ導波路格子の入力チャネルを変更あるいは光コム信号の中心周波数を変更することにより、複数の線スペクトルのうち所望する周波数間隔を有する２本の線スペクトルのみを合波した光信号を出力することを主旨としている。
【００２０】
さらに、アレイ導波路格子と光カプラは同一水平面光波回路上に形成され、両者は光導波路で接続されているため、温度変化などにより光路長差の変動が無くなるようにしていることを主旨としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、入力信号の入力チャネルあるいは入力信号の中心周波数を変えることにより、所望する周波数間隔を有する２本の線スペクトルからなる光信号を得ることが可能となり、かつ、２つの線スペクトルの光路長差を一定とすることができ、低位相雑音のミリ波光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１の実施の形態を示す。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るミリ波光源１を示している。光コム発生器２からｆ０の周波数間隔で発生した複数の線スペクトル１０は、ＡＷＧ入力チャネル８を介してＡＷＧ（Arrayed Waveguide Greating;アレイ導波路格子）３に入力され、分波される。分波された線スペクトル１０はＡＷＧ出力チャネル７から出力される。
【００２４】
ＡＷＧ３の複数のＡＷＧ出力チャネル７の内、２つを選択してその出力が光カプラ４、５、６の入力となるよう設けられているが、各光カプラ４、５、６に対応するＡＷＧ出力チャネル７のチャネル間隔は全て異なるように設定されている。
【００２５】
この結果、各光カプラ４、５、６からは周波数間隔が異なる２つの線スペクトルが合波された光信号が出力されることとなり、出力ポートの選択により所望する周波数間隔を有する２つの線スペクトルからなる光信号を得ることが可能となる。たとえば、図１においては、光カプラ４から出力される光信号は線スペクトル１１となり、３倍のｆ０の周波数間隔で発生する（図中の３＊ｆ０）。同様に、光カプラ５からは２倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル１２が出力され（図中の２＊ｆ０）、光カプラ６からは１倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル１３が出力される（図中のｆ０）。
【００２６】
但し、この手法では光コム発生器２が出力する線スペクトル１０に対応するＡＷＧ３のＡＷＧ出力チャネル７を各カプラ４、５、６にそれぞれ分配するため、ＡＷＧ３からの出力で得られる２つの線スペクトルの周波数間隔の最大値は光コム発生器２が出力する線スペクトル１０間の最大周波数間隔と比較して１／２以下となるという欠点を有している。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態を示す。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るミリ波光源を示している。本発明の第２の実施の形態では、ＡＷＧ２０に複数のＡＷＧ入力チャネル２５を設けている。ＡＷＧ入力チャネル２５は、この図２においてはＣｈ＿Ａ、Ｃｈ＿Ｂ、Ｃｈ＿Ｃ、Ｃｈ＿Ｄの４つの光信号入力部を備えている。
【００２９】
ＡＷＧ２０では同じ周波数からなる光信号をある入力チャネルに入力した場合、ＡＷＧ２０の中心チャネルと対称の位置に相当する出力チャネルから出力される。即ち、同一の光コム発生器２からの光信号を入力するＡＷＧ入力チャネル２５を変えることにより、光信号が出力されるＡＷＧ出力チャネル２６が変化する。
【００３０】
ＡＷＧ出力チャネル２６の位置に応じて、光カプラ２１、２２、２３、２４に接続する２つのＡＷＧ出力チャネルの周波数間隔を変えてあるため、光コム信号を入力するＡＷＧ入力チャネル２５を変えることにより、所望する周波数間隔の２つの線スペクトルからなる光信号を得ることができる。たとえば、図２においては、光カプラ２１から出力される光信号は線スペクトル１６となり、４倍のｆ０の周波数間隔で発生する（図中の４＊ｆ０）。同様に、光カプラ２２からは３倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル１７が出力され（図中の３＊ｆ０）、光カプラ２３からは２倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル１８が出力され（図中の２＊ｆ０）、光カプラ２４からは１倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル１９が出力される（図中のｆ０）。
【００３１】
たとえば、ＡＷＧ入力チャネル２５のうち、Ｃｈ＿Ａに光コム信号を入力した場合には、Ｃｈ＿Ｈから周波数差ｆ０の２つの線スペクトルを合波した信号が出力され、Ｃｈ＿Ｄに入力した場合にはＣｈ＿Ｅから周波数差４＊ｆ０の２つの線スペクトルを合波した信号が出力される。本手法を用いれば、光コム発生器２が出力した光信号が有する最大の周波数間隔の２つの線スペクトルを切り出した光信号の発生が可能となる。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施の形態を示す。
【００３３】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るミリ波光源を示している。この第３の実施の形態では、光信号の中心周波数が可変である光コム発生器２を用いている。ＡＷＧ３０では、ＡＷＧ入力チャネル４０に入力する線スペクトル３９の周波数を変えると、ＡＷＧ出力チャネル２７の複数の出力チャネルのうち光信号が出力されるチャネルが周波数の変化に応じて切り換る。これは、ＡＷＧ出力チャネル２７の複数のチャネルの位置に応じて光カプラ３１、３２、３３、３４に接続する２つの出力ポートの周波数間隔が異なるように設けてあるためである。光コム発生器２から出力される光信号の線スペクトル３９の中心周波数を変えることにより、所望する周波数間隔の２つの線スペクトルからなる光信号を得ることができる。
【００３４】
たとえば、図３においては、光カプラ３１から出力される光信号は線スペクトル３５となり、４倍のｆ０の周波数間隔で発生する（図中の４＊ｆ０）。同様に、光カプラ３２からは３倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル３６が出力され（図中の３＊ｆ０）、光カプラ３３からは２倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル３７が出力され（図中の２＊ｆ０）、光カプラ３４からは１倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル３８が出力される（図中のｆ０）。
【００３５】
次に、本発明の第４の実施の形態を示す。
【００３６】
図４に示す構成は既に説明した本発明の第２の実施の形態におけるミリ波光源の構成と同様であり、ＡＷＧ４３および光カプラ４６、４７、４８、４９が同一ＰＬＣ（水平面光波回路）４１上に形成されている点に特徴を有している。これらのＡＷＧ４３および光カプラ４６、４７、４８、４９は互いに光導波路４２により接続されている。ＰＬＣ４１内では偏波保持型の光導波路４２を用いることにより、合波する前に偏波をそろえるための偏波コントローラが不要となる。
【００３７】
また、切り出された２つの線スペクトルが通過する光路長は等しくなるよう設計されている。この結果、ＰＬＣ４１の温度変化が生じ、ＰＬＣ４１が伸縮しても両線スペクトルが通過する光路長差は０となり、結果として発生するミリ波信号の位相変動は抑圧される。
【００３８】
このような構成の第４の実施の形態によるミリ波光源では、ＰＬＣ４１に入力する線スペクトル５４に対して、光カプラ４６から出力される光信号は線スペクトル５０となり、４倍のｆ０の周波数間隔で発生する（図中の４＊ｆ０）。同様に、光カプラ４７からは３倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル５１が出力され（図中の３＊ｆ０）、光カプラ４８からは２倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル５２が出力され（図中の２＊ｆ０）、光カプラ４９からは１倍のｆ０の周波数間隔で発生した線スペクトル５３が出力される（図中のｆ０）。
【００３９】
なお、図５に、第４の実施の形態に係る本技術を用いた光源と比較して、ＡＷＧ４３と光カプラ４６、４７、４８、４９のいずれかとを光ファイバで接続して実現した光源において発生した１２０ＧＨｚミリ波信号の位相雑音測定図６０を示す。本技術により１０ｋＨｚ以下の位相雑音が、本技術６１と光ファイバ使用６２との比較で大幅に低減されることが分かる。
【００４０】
次に本発明の第５の実施の形態を示す。図６は、既に説明した第２の実施の形態において、光コム発生器６５からの光信号の線スペクトル６７の間隔を変える（ｆ０＋Δｆ）ことが可能な光コム発生器６５を用いている。ＡＷＧ６６の各チャネルは一定のバンド幅を有しているため、バンド幅内に線スペクトルが含まれるように線スペクトル間隔を変えることにより、任意の周波数間隔の線スペクトルを得ることができる。
【００４１】
このような構成の第５の実施の形態によるミリ波光源では、ＡＷＧ入力チャネル７６に入力する線スペクトル６７に対して、光カプラ７２から出力される光信号は線スペクトル６８となり、４倍の（ｆ０＋Δｆ）の周波数間隔で発生する（図中の４＊（ｆ０＋Δｆ））。同様に、光カプラ７３からは３倍の（ｆ０＋Δｆ）の周波数間隔で発生した線スペクトル６９が出力され（図中の３＊（ｆ０＋Δｆ））、光カプラ７４からは２倍の（ｆ０＋Δｆ）の周波数間隔で発生した線スペクトル７０が出力され（図中の２＊（ｆ０＋Δｆ））、光カプラ７５からは１倍の（ｆ０＋Δｆ）の周波数間隔で発生した線スペクトル７１が出力される（図中の（ｆ０＋Δｆ））。
【００４２】
なお、以上説明した本発明の第１〜５の実施の形態において、所望の周波数だけ離れた２つの線スペクトルを持つ光信号を取り出した後、取り出した２種類の光信号のそれぞれの線スペクトルの差周波をとることで所望の周波数のミリ波を発生させることができる。この場合、２つの線スペクトルをＡＷＧで合波した後、合波した光信号をフォトダイオードなどの光電変換素子に入力することにより、２つのモードの周波数差に相当する周波数を有するミリ波信号を発生させてもよい。
【００４３】
また、本発明に係る第１〜５の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
【００４４】
（１）ＡＷＧと光カプラが同一ＰＬＣ上に設けられ光導波路で接続されているため、ＡＷＧにより切り出された２つの線スペクトルが通る光路長差は常に一定となるため、出力光信号を光電変換して得られるミリ波信号の位相雑音が低減する。
【００４５】
（２）チャネル間隔の異なる２つのＡＷＧ出力チャネルを光カプラに接続することにより、入力チャネルや入力光信号の周波数を変える事により、所望の周波数差の２つの線スペクトルからなる光信号の発生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るミリ波光源を説明するための構成図を示す。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るミリ波光源を説明するための構成図を示す。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るミリ波光源を説明するための構成図を示す。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係るミリ波光源を説明するための構成図を示す。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係るミリ波光源による雑音測定の結果を説明するための測定図を示す。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係るミリ波光源を説明するための構成図を示す。
【図７】従来の技術による光源の構成を説明するための概略の構成図を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１  ミリ波光源
２  光コム発生器
３  ＡＷＧ
４、５、６  光カプラ
７  ＡＷＧ出力チャネル
８  ＡＷＧ入力チャネル
１０  線スペクトル（ｆ０）
１１  線スペクトル（３＊ｆ０）
１２  線スペクトル（２＊ｆ０）
１３  線スペクトル（ｆ０）
４１  ＰＬＣ
【図１】
2005353693.tif 000003
【図２】
2005353693.tif 000004
【図３】
2005353693.tif 000005
【図４】
2005353693.tif 000006
【図５】
2005353693.tif 000007
【図６】
2005353693.tif 000008
【図７】
2005353693.tif 000009